През 2017 г., след като регистрираха гравитационни вълни, достигащи Земята, екипът на Европейската южна обсерватория (ESO) насочи своите телескопи в Чили, включително "Много големия телескоп" (VLT - Very Large Telescope), към източника - сливащите се неутронни звезди - известен като GW170817.

Учените подозираха, че ако действително се образуват тежки елементи при такива сблъсъци, тогава техните признаци на съществуване могат да бъдат открити при избухванията на килонови, експлозивните последствия от тези сливания.

Точно това сега откри екипът европейски изследователи, изучавайки данните, получени от X-shooter, инструмента на VLT.

Резултатите от наблюденията и заключенията на учените са представени в списание Nature.

След сливането GW170817 телескопите на ESO започнаха наблюдение на експлозията на килоновата в широк диапазон от дължини на вълните. По-специално X-Shooter записа серия спектри от ултравиолетовата до близката инфрачервена светлина. Първоначалният анализ на тези спектри показа наличието на тежки елементи в килоновата, но астрономите успяха да определят отделните елементи едва сега.

„След повторен анализ на наблюденията на сливането на неутронни звезди, регистрирано през 2017 г., открихме признаци за наличието на тежкия елемент стронций в спектъра на килоновата, доказващ, че сблъсъкът на неутронни звезди наистина води до неговото образуване“, заяви Дарах Уотсън (Darach Watson), водещ автор на изследването от Университета в Копенхаген.

На Земята стронцият се среща естествено в почвата и се концентрира в някои минерали. Солите му се използват за създаване на яркочервени цветове във фойерверките.

^{Първото откриване на тежък елемент, образуван при сблъсък на неутронни звезди. Кредит: ESO}

Още от 50-те години на миналия век астрономите узнаха кои физически процеси водят до създаването на химичните елементи. През следващите десетилетия те откриха в космоса източниците на всички процеси, които с изключение на един.

"Стигнахме до последния етап на десетилетие търсене на източниците на произхода на елементите. Вече знаем, че процесите, по време на които се образуват, протичат главно в недрата на обикновените звезди, при експлозиите на свръхнови или във външните обвивки на старите звезди. Но досега не знаехме къде протича последният неоткрит процес, известен като улавяне на бързи неутрони, при който се формират най-тежките елементи от периодичната таблица“, обяснява Дарах Уотсън.

Улавянето на бързи неутрони е процес, при който атомното ядро ​​улавя неутроните достатъчно бързо, за да позволи създаването на много тежки елементи. Въпреки че в ядрата на звездите се произвеждат много елементи, създаването на елементи, по-тежки от желязото, като стронций, изисква още по-гореща среда с много свободни неутрони. Бързото улавяне на неутрони се случва естествено само в екстремни среди, където атомите са бомбардирани от огромен брой неутрони.

_{Анимация за сливане на неутронни звезди и формирането на елементи в тези събития. Кредит: ESO}

Използвайки спектрографа X-Shooter на VLT на Европейската южна обсерватория (ESO), астрономите успяха да открият образуването на стронций в резултат на сливането на две неутронни звезди, като по този начин потвърдиха дългогодишната хипотеза за образуването на тежки елементи във Вселената по време на тези катастрофални събития.

"За първи път можем директно да свържем веществото, наскоро образувано с улавяне на бързи неутрони, със събитието на сливането на неутронни звезди, като по този начин потвърдим, че неутронните звезди са съставени от неутрони и че улавянето на бързи неутрони, процес, който е обект на разгорещена дискусия, се случва по време на сливанията на звезди“, коментира Камила Юл Хансен (Camilla Juul Hansen) от Института за астрономия към „Макс Планк“ в Хайделберг, един от основните автори на изследването.

_{Анимация на спектрите на килоновата в NGC 4993. Кредит: ESO}

Едва сега учените започват да разбират явлението сливане на неутронни звезди и експлозии на килонови. Именно липсата на такова разбиране за тези по-рано ненаблюдавани събития и затрудненията при интерпретирането на спектрите на експлозиите, получени със спектрографа X-Shooter на VLT, караха астрономите доскоро да могат да идентифицират признаците на отделните елементи в спектрите.

„Идеята, че можем да видим стронциеви линии, всъщност се появи доста бързо, веднага след събитието. Много трудно бе обаче убедително да се докаже, че това е така. Трудностите бяха свързани с нашите много непълни познания за спектралните характеристики на тежките елементи на периодичната таблица“, разказва Джонатан Селсинг (Jonatan Selsing), изследовател от Копенхагенския университет, един от водещите автори на изследването.

Събитието GW170817 бе петият случай на регистрация на гравитационни вълни, извършена от лазерната интерферометрична гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO) в Съединените щати и интерферометъра Virgo в Италия. Сливането на неутронни звезди, което се случи в галактиката NGC 4993, се оказа първият и все още единствен източник на гравитационни вълни, чийто видим компонент е засечен от телескопи на Земята. Съчетавайки усилията на инструментите LIGO, Дева и VLT, бе постигнато ясно познание на процесите, възникващи в недрата на неутронните звезди, и съпровождащите сливането гигантски експлозии.

_{Изображението е генерирано от Digitized Sky Survey 2 и показва небето около галактиката NGC 4993. Тази галактика бе мястото на сливането на две неутронни звезди, което доведе до откриване на гравитационна вълна, кратък изблик на гама-лъчи и оптична идентификация на експлозия на килонова. Кредит: ESO and Digitized Sky Survey 2}

Справка: 

Identification of strontium in the merger of two neutron stars, Darach Watson et al., Nature

Източник: 

First identification of a heavy element born from neutron star collision, ESO

Още по темата

05/08/2019

Физика

Гравитационна вълна, придружена с неутрино? Чисто съвпадение, казват експертите

14/05/2019

Космос

Търсачите на гравитационни вълни тръгват на лов на други космически чудовища (видео)

17/10/2018

Космос

Килоновите, мощните космически експлозии, които произвеждат сребро, злато и платина (видео)

16/10/2017

Космос

Първо регистриране на гравитационни вълни от сблъсък на неутронни звезди - нова ера на астрономията (видео)